JP7244214B2 - 排気浄化システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は排気浄化システムの制御装置に関する。

内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化システムが知られている。例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を排気経路に設け、粒状物質（ＰＭ）を捕集する。こうした排気浄化システムでは、ＤＰＦに堆積したＰＭを焼却する再生処理が行われる。再生処理においては、排気経路に供給された未燃燃料が燃焼することで、ＤＰＦの温度が上昇し、ＰＭが焼却される。ＤＰＦの複数の位置における温度を推定し、推定された温度に基づいて再生処理を実施する技術も開発されている（特許文献１など）。

特開２００６－３７７４２号公報

再生処理における未燃燃料の供給手段として、内燃機関での燃料のポスト噴射、および排気経路に設けた燃料添加弁からの燃料の添加がある。燃料の供給方法によりＤＰＦの昇温の状態に違いが生じる。したがって燃料の供給方法の違いを考慮しない場合、温度を正確に推定できない恐れがある。そこで、排気浄化部の温度の推定の精度向上が可能な排気浄化システムの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の排気通路において排気の流れる方向の上流側から下流側にかけて設けられた、燃料添加部と、排気の温度を測定する第１温度センサと、排気を浄化する排気浄化部と、排気の温度を測定する第２温度センサと、を有する内燃機関の排気浄化システムの制御装置であって、前記排気浄化部の温度を上昇させることで、前記排気浄化部を再生させる再生方法として、前記内燃機関におけるポスト噴射および前記燃料添加部からの燃料の添加の少なくとも一方を行う再生制御部と、前記第１温度センサにより測定された排気の温度に基づいて、前記排気の流れる方向に沿う前記排気浄化部の複数の位置における温度を推定する第１温度推定部と、前記第１温度推定部によって推定される前記排気浄化部の複数の位置における温度に基づいて、前記第２温度センサの位置における排気の温度を推定する第２温度推定部と、前記第２温度センサにより測定された排気の温度と前記第２温度推定部により推定された排気の温度との差と、前記複数の位置および前記再生制御部による再生方法を反映した反映係数とに基づいて、前記第１温度推定部により推定された前記複数の位置における温度を補正する補正部と、を具備し、前記補正部は、前記第１温度推定部により推定された前記複数の位置における温度に、前記温度の差と前記反映係数との積を加算することで、前記複数の位置における温度を補正し、前記再生制御部は、前記補正された温度に基づいて前記ポスト噴射および前記燃料の添加の少なくとも一方における燃料の供給量を調節する排気浄化システムの制御装置によって達成できる。

排気浄化部の温度の推定の精度向上が可能な排気浄化システムの制御装置を提供できる。

図１は内燃機関を例示する模式図である。 図２はＥＣＵが実施する制御を例示するフローチャートである。

（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の排気浄化システムの制御装置について説明する。図１は排気浄化システム１００を例示する模式図である。排気浄化システム１００は内燃機関１０に適用される。

内燃機関１０（エンジン）は、例えば４気筒のディーゼルエンジンであり、４つの気筒１２および４つの燃料噴射弁１４を有する。燃料噴射弁１４は気筒１２に対応して設けられ、気筒１２内に燃料を噴射する。吸気経路２０および排気経路２２が接続されている。空気は吸気経路２０から各気筒１２へと導入される。吸気経路２０にはエアフローメータ２１が設けられ、さらに不図示のスロットルバルブなどが設けられている。エアフローメータ２１は吸気の流量を測定する。燃料噴射弁１４から噴射された燃料と空気とは混合気を形成し、燃焼する。燃焼後の排気は排気経路２２から排出される。

排気経路２２には、上流側から下流側にかけて、燃料添加弁２４（添加部）、温度センサ２５、ＤＰＦ２６（排気浄化部）、温度センサ２７が設けられている。燃料添加弁２４は排気経路２２内に燃料を噴射する。温度センサ２５（第１温度センサ）はＤＰＦ２６よりも上流側の排気の温度を測定し、温度センサ２７（第２温度センサ）はＤＰＦ２６よりも下流側の排気の温度を測定する。排気経路２２に設けられた差圧センサ２８は、ＤＰＦ２６の上流側と下流側との間の差圧を測定する。

ＤＰＦ２６は、例えば多孔質セラミック製のハニカム構造体であり、排気の流れる方向に形成された通路の入口側および出口側が交互に目封じされている。ＤＰＦ２６は排気中のＰＭを捕集する。ＤＰＦ２６には例えば酸化触媒または三元触媒などの触媒が担持されている。触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化することで、浄化する。

ＤＰＦ２６に堆積したＰＭを燃焼させる再生処理が行われる。燃料噴射弁１４によるポスト噴射、または燃料添加弁２４による燃料噴射により、排気に未燃燃料が供給される。未燃燃料が触媒で酸化することで熱が発生し、ＤＰＦ２６の温度が上昇する。これにより堆積したＰＭが焼却される。再生処理では、燃料添加弁２４による噴射は行われず燃料噴射弁１４によるポスト噴射のみが行われる場合、ポスト噴射は行われず燃料添加弁２４による燃料噴射のみが行われる場合、および両方からの噴射が行われる場合がある。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および記憶装置等を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ３０（制御装置）は、エアフローメータ２１が測定する吸気の流量、温度センサ２５および２７が測定する排気の温度、差圧センサ２８が測定する差圧を取得し、吸気の流量に基づいて排気の流量を算出する。また、ＥＣＵ３０は燃料噴射弁１４および燃料添加弁２４による燃料噴射を制御する。

ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２６の再生を行う再生制御部、上流側から下流側にかけて並ぶＤＰＦ２６内の４つの領域２６ａ～２６ｄにおける温度を推定する第１温度推定部、再生のための未燃燃料の供給手段を判定する判定部、温度センサ２７の位置における排気の温度を推定する第２温度推定部、ＤＰＦ２６の温度を補正する補正部として機能する。図２のステップＳ２８において後述するように、ＤＰＦ２６内の領域２６ａ～２６ｄおよび未燃燃料の供給手段の違いを考慮した反映係数を用いた補正を行う。

図２はＥＣＵ３０が実施する制御を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ３０はＤＰＦ２６の領域２６ａ～２６ｄにおける温度Ｔ１～Ｔ４を推定する（ステップＳ１０）。温度の推定は、例えば温度センサ２５により測定された排気の温度、排気の流量、排気からＤＰＦ２６への熱伝達量、領域間の熱伝達量、未燃燃料の燃焼による発熱量などに基づいて行われる。

ＥＣＵ３０は、温度センサ２７が測定する排気の温度Ｔ５ａを取得する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ３０は、例えば温度Ｔ１～Ｔ４などに基づいて、温度センサ２７の位置における排気の温度Ｔ５ｂを推定する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ３０は、以下の（１）式を用いて、実測された温度Ｔ５ａおよび推定された温度Ｔ５ｂの差である学習値ΔＴを算出する（ステップＳ１６）。
学習値ΔＴ＝Ｔ５ａ－Ｔ５ｂ （１）
このときＥＣＵ３０は、一定期間において算出される複数の学習値ΔＴを記憶し、その平均値も算出する。

次にＥＣＵ３０は、再生処理において、燃料添加弁２４のみによる未燃燃料供給が行われるか否かを判定する（ステップＳ１８）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ３０は、燃料添加弁２４による添加用の反映係数を取得する（ステップＳ２０）。反映係数および学習値ΔＴは、ステップＳ２８の温度Ｔ１～Ｔ４の補正に用いられる。

ステップＳ１８において否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ３０は、再生処理において、燃料噴射弁１４のポスト噴射のみによる未燃燃料供給が行われるか否かを判定する（ステップＳ２２）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ３０は、ポスト噴射用の反映係数を取得する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２２において否定判定の場合、未燃燃料の供給は、燃料添加弁２４からの燃料添加および燃料噴射弁１４からのポスト噴射の併用で行われる。ＥＣＵ３０は、併用用の反映係数を取得する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２０、Ｓ２４およびＳ２６のいずれかの後、ＥＣＵ３０は、推定された温度Ｔ１～Ｔ４を補正し、補正後の温度Ｔ１ａ～Ｔ４ａを算出する（ステップＳ２８）。具体的には、以下の（２）式のように、推定された温度Ｔ１～Ｔ４に、学習値ΔＴの平均値と反映係数との積を加算することで、補正後の温度（補正値）Ｔ１ａ～Ｔ４ａを算出する。
補正値＝推定された温度＋学習値ΔＴの平均値×反映係数 （２）
反映係数は、例えば未燃燃料の供給手段の違い、およびＤＰＦ２６内の位置（領域２６ａ～２６ｄ）の違いに応じて、互いに異なる値となる。また、反映係数は、例えば排気の流量などに応じても変化する。ステップＳ２８の後、制御は終了する。

表１は反映係数を示す表である。

未燃燃料の供給手段がポスト噴射のみの場合、ＤＰＦ２６内の領域２６ａ～２６ｄに対応する反映係数はＡ１～Ａ４である。未燃燃料の供給手段が燃料添加弁２４のみの場合、領域２６ａ～２６ｄに対応する反映係数はＢ１～Ｂ４である。未燃燃料の供給手段がポスト噴射および燃料添加弁２４の両方の場合、領域２６ａ～２６ｄに対応する反映係数はＣ１～Ｃ４である。例えば、ポスト噴射のみを行う場合の領域２６ａの温度Ｔ１ａは次の（３）式で算出される。
Ｔ１ａ＝Ｔ１＋学習値ΔＴの平均値×Ａ１ （３）

図１に示すように、気筒１２からＤＰＦ２６までの距離は、燃料添加弁２４からＤＰＦ２６までの距離よりも大きい。このため、ポスト噴射された燃料は、燃料添加弁２４から添加される燃料に比べて拡散性がよい。また、ポスト噴射では燃料を高圧噴射することにより、燃料が微粒化する。触媒上で微粒化した未燃燃料が酸化反応するため、添加に比べてポスト噴射の方がＤＰＦ２６の発熱量が大きくなる。このことを考慮し、反映係数Ａ１～Ａ４は例えばＢ１～Ｂ４より大きい。特にＤＰＦ２６のうち前段である領域２６ａにおける発熱量が大きくなる。このことから、例えばＡ１～Ａ４のうちＡ１が最大で、Ａ４が最小となり、例えばＡ４＜Ａ３＜Ａ２＜Ａ１などとなる。一方、燃料添加では、後段である領域２６ｄが発熱しやすい。したがってＢ１～Ｂ４のうち、Ｂ４が最大で、Ｂ１が最小となり、Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３＜Ｂ４などとなる。なお、排気流量などに応じて熱伝導の状態などが変化するため、例えばＡ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４となることもある。

併用の場合の反映係数Ｃ１～Ｃ４は、燃料の供給量におけるポスト噴射の割合と燃料添加弁２４からの添加の割合などに応じて定まる。例えばポスト噴射が８割を占め、添加が２割を占める場合、Ｃ１～Ｃ４はＡ１～Ａ４に近い値となる。

本実施形態によれば、ＥＣＵ３０は、温度センサ２７の位置における温度Ｔ５ｂを推定し、温度の測定値Ｔ５ａと推定値Ｔ５ｂとから学習値ΔＴを取得する。また、ＥＣＵ３０は、未燃燃料の供給手段の違い、および領域２６ａ～２６ｄの違いを考慮した反映係数を取得する。ＥＣＵ３０は、反映係数、および学習値ΔＴに基づいて、ＤＰＦ２６の領域２６ａ～２６ｄにおける推定温度Ｔ１～Ｔ４を補正しＴ１ａ～Ｔ４ａを算出する。未燃燃料の供給手段を考慮することで、ＤＰＦ２６の温度推定の精度が向上する。

この結果、再生処理を効果的に行うことが可能となる。ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２６の温度、排気の流量、およびＤＰＦ２６前後の差圧に基づいて、ＰＭの焼却量および堆積量を推定することができる。例えば、ＤＰＦ２６の温度が上昇すれば、ＰＭの焼却量は多いと推定される。したがって、温度を精度高く推定することで、ＰＭの量の推定の精度も向上する。例えばＥＣＵ３０は、再生開始時のＰＭの堆積量を正確に推定することで、再生における未燃燃料の供給量を適切に調節することができる。このため、再生時間の短縮、燃料噴射量の低減、ＤＰＦ２６の過度な温度上昇（ＯＴ）の抑制が可能である。

また、温度の推定からＰＭの焼却量が再生のためには不十分と予測される場合、ＥＣＵ３０は再生を再び実施する。これによりＤＰＦ２６を再生し、排気の浄化性能を高めることができる。

ＤＰＦ２６を４つの領域２６ａ～２６ｄに分けたが、例えば３つ以下の領域としてもよいし、５つ以上の領域としてもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ 燃料噴射弁
２０ 吸気経路
２１ エアフローメータ
２２ 排気経路
２４ 燃料添加弁
２５、２７ 温度センサ
２６ ＤＰＦ（排気浄化部）
２８ 差圧センサ
３０ ＥＣＵ
１００ 排気浄化システム

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路において排気の流れる方向の上流側から下流側にかけて設けられた、燃料添加部と、排気の温度を測定する第１温度センサと、排気を浄化する排気浄化部と、排気の温度を測定する第２温度センサと、を有する内燃機関の排気浄化システムの制御装置であって、
   前記排気浄化部の温度を上昇させることで、前記排気浄化部を再生させる再生方法として、前記内燃機関におけるポスト噴射および前記燃料添加部からの燃料の添加の少なくとも一方を行う再生制御部と、
   前記第１温度センサにより測定された排気の温度に基づいて、前記排気の流れる方向に沿う前記排気浄化部の複数の位置における温度を推定する第１温度推定部と、
   前記第１温度推定部によって推定される前記排気浄化部の複数の位置における温度に基づいて、前記第２温度センサの位置における排気の温度を推定する第２温度推定部と、
   前記第２温度センサにより測定された排気の温度と前記第２温度推定部により推定された排気の温度との差と、前記複数の位置および前記再生制御部による再生方法を反映した反映係数とに基づいて、前記第１温度推定部により推定された前記複数の位置における温度を補正する補正部と、を具備し、
   前記補正部は、前記第１温度推定部により推定された前記複数の位置における温度に、前記温度の差と前記反映係数との積を加算することで、前記複数の位置における温度を補正し、
   前記再生制御部は、前記補正された温度に基づいて前記ポスト噴射および前記燃料の添加の少なくとも一方における燃料の供給量を調節する排気浄化システムの制御装置。
   

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